戴小紅
(福建省廈門市同安實(shí)驗(yàn)中學(xué),福建 廈門 361199)
單元教學(xué)設(shè)計(jì)從知識(shí)的整體性和方法的一致性出發(fā),將多元的教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行有機(jī)的融合,引導(dǎo)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)概念、原理以及法則的理解與應(yīng)用,建立起有意義的知識(shí)結(jié)構(gòu)。學(xué)生要達(dá)到對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的理解與應(yīng)用的層級(jí),需要了解知識(shí)的探究過程,知其然更要知其所以然。因此,在單元教學(xué)設(shè)計(jì)中創(chuàng)設(shè)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn),借助實(shí)驗(yàn)的真實(shí)感,向?qū)W生展示數(shù)學(xué)知識(shí)的探究過程,讓學(xué)生能夠在數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)的美、理解數(shù)學(xué)的內(nèi)在本質(zhì)、感受數(shù)學(xué)的睿智,在思維中建構(gòu)有意義的數(shù)學(xué)知識(shí)體系,最終學(xué)會(huì)運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)。將數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)和單元教學(xué)設(shè)計(jì)有機(jī)融合,能夠促進(jìn)單元教學(xué)有質(zhì)落地,推動(dòng)初中數(shù)學(xué)教育的發(fā)展。
根據(jù)董林偉教授和喻平教授著作的《初中數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)解析》一書中對(duì)初中數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)作出了定義:初中數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生通過動(dòng)手動(dòng)腦,以“做”為支架的活動(dòng)方式,在教師的引導(dǎo)下學(xué)生運(yùn)用有關(guān)工具,通過實(shí)際操作,在認(rèn)知與非認(rèn)知因素參與下進(jìn)行的一種發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)結(jié)論、理解數(shù)學(xué)知識(shí)、驗(yàn)證數(shù)學(xué)結(jié)論的思維活動(dòng)。在實(shí)驗(yàn)探究的過程中,學(xué)生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題和提出問題、分析問題以及解決問題的過程,從感性到理性掌握數(shù)學(xué)概念和命題,通過嚴(yán)密的邏輯推理證明定理或推論的合理性,從而獲得對(duì)知識(shí)的深度認(rèn)知。親歷數(shù)學(xué)知識(shí)的建構(gòu)過程,有利于學(xué)生數(shù)學(xué)抽象、邏輯推理、數(shù)學(xué)建模等關(guān)鍵能力的提升。
數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)以“做”為支架,學(xué)生根據(jù)自己已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)出發(fā),從“機(jī)械接受”變?yōu)椤爸鲃?dòng)探究”,從“聽數(shù)學(xué)”到“做數(shù)學(xué)”,從“看演示”到“動(dòng)手操作”,操作性是數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)基本特征之一,學(xué)生在這種操作性體驗(yàn)過程中,對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行深度加工,獲得對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)本質(zhì)理解以及知識(shí)間關(guān)聯(lián)性的深刻認(rèn)知,讓枯燥的概念、定理、性質(zhì)等趣味化,提高學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣。
結(jié)合數(shù)學(xué)單元教學(xué)視角,單元知識(shí)之間的邏輯性和關(guān)聯(lián)性可以借助數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作性完整建構(gòu)知識(shí)體系。尤其在圖形與幾何的教學(xué)中,可從不同角度實(shí)踐操作探究幾何圖形的性質(zhì)特征,學(xué)生在動(dòng)手操作的趣味性中多維度、有邏輯地經(jīng)歷知識(shí)的形成過程,體會(huì)數(shù)學(xué)的邏輯性和嚴(yán)密性,以單元為視角不斷建構(gòu)數(shù)學(xué)知識(shí)網(wǎng)。
數(shù)學(xué)來源于對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的抽象,抽象性是初中數(shù)學(xué)的基本特征之一。數(shù)學(xué)抽象也是數(shù)學(xué)的基本思想,它是形成學(xué)生理性思維的重要基礎(chǔ)。而數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷學(xué)生動(dòng)手操作、獨(dú)立思考、合作交流、知識(shí)應(yīng)用以及總結(jié)評(píng)價(jià)等過程,正是“數(shù)學(xué)抽象”的過程。所以說,數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生抽象素養(yǎng)形成和發(fā)展的有效路徑。
初中階段的學(xué)生正處于從形象思維到抽象思維的過渡階段,在抽象思維發(fā)展過程中,需要形象思維輔助。學(xué)生親身感受實(shí)驗(yàn)過程的真實(shí)性,幫助學(xué)生在直觀中抽象思考,在抽象中進(jìn)行信息的關(guān)聯(lián),將抽象的知識(shí)可視化,從直觀到抽象再到直觀的過程去理解數(shù)學(xué)知識(shí)的本質(zhì)內(nèi)涵,有利于形成“知其然和知其所以然”的數(shù)學(xué)思維方式。
數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式一般有以下五個(gè)環(huán)節(jié):創(chuàng)設(shè)情境——活動(dòng)與實(shí)驗(yàn)——討論與交流——?dú)w納與猜想——提出猜想得出結(jié)論。從問題情境出發(fā),在教師的指導(dǎo)下,學(xué)生設(shè)計(jì)研究步驟,通過實(shí)驗(yàn)操作,發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程中蘊(yùn)含的數(shù)學(xué)規(guī)律,提出具有研究意義的猜想,再進(jìn)行嚴(yán)密的證明或驗(yàn)證等過程。整個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣循環(huán)上升,將復(fù)雜的知識(shí)不斷的剖析,剝離成知識(shí)鏈條,從而使復(fù)雜的知識(shí)簡單化。數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的循序性,適當(dāng)降低探索數(shù)學(xué)問題的難度,使數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)進(jìn)程與學(xué)生的思維水平和經(jīng)驗(yàn)背景更趨科學(xué)合理。學(xué)生在不斷經(jīng)歷、體驗(yàn)各種數(shù)學(xué)活動(dòng)過程中積累數(shù)學(xué)活動(dòng)經(jīng)驗(yàn),幫助學(xué)生積累數(shù)學(xué)活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)是數(shù)學(xué)教學(xué)的重要目標(biāo)。豐富學(xué)生的數(shù)學(xué)活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)有助于建立舊知與新知之間的聯(lián)系,將復(fù)雜的知識(shí)熟視化。
知識(shí)本身是僵硬的,因?yàn)橛辛巳藢?duì)知識(shí)的認(rèn)識(shí)、應(yīng)用以及創(chuàng)新等才讓知識(shí)鮮活起來。學(xué)生是動(dòng)手“做數(shù)學(xué)”的學(xué)習(xí)主體,主體與主體之間既有共性又有個(gè)性,既可以獨(dú)立思考又可以合作交流,數(shù)學(xué)知識(shí)在實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)行思維的碰撞,使得數(shù)學(xué)知識(shí)在實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中靈動(dòng)起來,讓知識(shí)不僅僅局限于低階思維的記憶與理解,而是進(jìn)階到高階思維的分析與評(píng)價(jià),實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的內(nèi)在認(rèn)識(shí),同時(shí)在數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中最大限度地發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。從發(fā)現(xiàn)問題、提出猜想、驗(yàn)證猜想、解決問題,學(xué)生親身體驗(yàn)如何從“做數(shù)學(xué)”到實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)知識(shí)的“再創(chuàng)造”,實(shí)現(xiàn)從舊知到新知。
根據(jù)習(xí)近平總書記對(duì)教育的論述,要堅(jiān)持以目標(biāo)為導(dǎo)向。課程目標(biāo)是培養(yǎng)目標(biāo)的具體化。單元教學(xué)目標(biāo)正是基于課程目標(biāo)要求,圍繞四基四能以及核心素養(yǎng),設(shè)計(jì)符合學(xué)生學(xué)情的教學(xué)目標(biāo)。教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成則源于教學(xué)實(shí)踐的實(shí)施效果,馬克思先生曾說“實(shí)踐是認(rèn)知的基礎(chǔ),實(shí)踐決定認(rèn)知”,因此在單元教學(xué)設(shè)計(jì)中融入數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)是非常有必要的,這是落實(shí)教學(xué)目標(biāo)培育的有效措施。而數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方向則是實(shí)驗(yàn)主題的確立,精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)主題,能有效地明確實(shí)驗(yàn)的方向和實(shí)驗(yàn)?zāi)康?,?yōu)化單元教學(xué)目標(biāo)。在精鑿實(shí)驗(yàn)主題過程中,要注重實(shí)驗(yàn)主題制定的科學(xué)性與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選取的實(shí)效性,可結(jié)合知識(shí)、能力以及素養(yǎng)等不同維度確定數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)主題,在數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)主題映襯下,單元教學(xué)目標(biāo)定位明確且能有步驟、分方向地落實(shí)。
以《認(rèn)識(shí)三角形》單元教學(xué)設(shè)計(jì)為例。課程目標(biāo)要求是:理解三角形及其內(nèi)角、外角、中線、高、角平分線等概念,了解三角形的穩(wěn)定性;探索并證明三角形的內(nèi)角和定理。掌握它的推理:三角形的外角等于與它不相鄰的兩個(gè)內(nèi)角的和;證明三角形的任意兩邊之和大于第三邊等方面。這幾點(diǎn)的教學(xué)目標(biāo)相互獨(dú)立又內(nèi)在聯(lián)系,從其內(nèi)在聯(lián)系出發(fā),以構(gòu)成幾何要素的點(diǎn)、線為知識(shí)主線,確定單元教學(xué)目標(biāo)。目標(biāo)定位明確了,接下來要精鑿實(shí)驗(yàn)主題。本單元教學(xué)可設(shè)計(jì)讓學(xué)生動(dòng)手操作去認(rèn)識(shí)三角形的相關(guān)概念,而數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的最佳方式是借助實(shí)物或計(jì)算機(jī)操作,如“線”對(duì)應(yīng)的實(shí)物可以是生活中的繩子、木棍等。結(jié)合三條線構(gòu)成三角形、兩條線構(gòu)成角,以及特殊點(diǎn)與線之間的關(guān)系確定三個(gè)實(shí)驗(yàn)主題:1.從邊認(rèn)識(shí)三角形;2.從角認(rèn)識(shí)三角形;3.從頂點(diǎn)與對(duì)邊認(rèn)識(shí)三條重要線段。這三個(gè)實(shí)驗(yàn)主題緊扣單元教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)的知識(shí)線,分維度、有層次地開展實(shí)驗(yàn)活動(dòng),讓實(shí)驗(yàn)活動(dòng)有方向、分層次地完成培育目標(biāo)。
傳統(tǒng)的教學(xué)活動(dòng)以講授法為主,練習(xí)法為輔,教學(xué)方式單一。學(xué)生處于被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài),很難發(fā)揮主體性地位。新課標(biāo)指出有效的教學(xué)活動(dòng)是學(xué)生學(xué)和教師教的統(tǒng)一。教學(xué)活動(dòng)應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)情境中去發(fā)現(xiàn)問題和提出問題,利用觀察、猜測(cè)、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算、推理、驗(yàn)證等方法分析問題和解決問題。這就要求教學(xué)方式要多樣,教學(xué)情境要真實(shí),而數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)正是學(xué)生在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)去尋找真理。數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的真實(shí)感源于實(shí)驗(yàn)工具的操作,數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)工具為學(xué)生通過動(dòng)手動(dòng)腦“做”數(shù)學(xué)提供了可能。借助工具的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)體現(xiàn)了結(jié)果性知識(shí)與過程性知識(shí)的統(tǒng)一。讓教師的教和學(xué)生的學(xué)有機(jī)融合,優(yōu)化了教學(xué)方式,豐富了教學(xué)活動(dòng),讓教師單方向的知識(shí)輸出轉(zhuǎn)變?yōu)榻處熍c學(xué)生的雙向知識(shí)奔赴。當(dāng)然,實(shí)驗(yàn)工具的選擇需考慮實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)內(nèi)容。根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的性和實(shí)驗(yàn)的操作方式可分為六大類型:實(shí)物驗(yàn)證型、實(shí)物理解型、實(shí)物探索型、計(jì)算機(jī)驗(yàn)證型、計(jì)算機(jī)理解型以及計(jì)算機(jī)探索型。單元教學(xué)活動(dòng)在實(shí)驗(yàn)活動(dòng)開展時(shí),可多樣選擇不同類型,讓真理在不同的實(shí)驗(yàn)工具中得到驗(yàn)證,加深學(xué)生的思維深度和廣度。除此之外,工具的選擇也應(yīng)遵循安全性、便捷性、有效性。安全性指工具的選擇對(duì)學(xué)生在實(shí)踐過程不產(chǎn)生身心上的危害,保障學(xué)生在操作過程中健康學(xué)習(xí)。便捷性指實(shí)驗(yàn)工具對(duì)于教師而言,容易準(zhǔn)備且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。有效性指利用所選工具能有效解決所要探究的目的。
例如,在《幾何圖形變換》的單元教學(xué)設(shè)計(jì)中,以研究對(duì)稱圖形的性質(zhì)為例。有兩種選擇不同的實(shí)驗(yàn)工具的實(shí)驗(yàn)方式。一種是實(shí)物探索型:借助直尺測(cè)量出多組對(duì)稱點(diǎn)與對(duì)稱軸之間距離大小,探索其數(shù)量關(guān)系;另外一種是計(jì)算機(jī)探索型:借助計(jì)算機(jī)操作去驗(yàn)證隨著圖形的變化或?qū)ΨQ軸位置的變化,多組對(duì)稱點(diǎn)與對(duì)稱軸之間距離的大小關(guān)系。顯然,第一種操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力且存在較大的誤差,第二種借助計(jì)算機(jī)的精準(zhǔn)性,誤差范圍較小或趨近于零,且操作省時(shí)省力,其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有較大的說服力。因此,針對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)要求,精選實(shí)驗(yàn)工具,可以達(dá)到事半功倍之效且讓教學(xué)形式豐富多彩,有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
實(shí)驗(yàn)步驟是整個(gè)實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵性環(huán)節(jié),實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)關(guān)系到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的呈現(xiàn)。從學(xué)生層面上思考,實(shí)驗(yàn)步驟應(yīng)該遵循哪些原則呢?一、遵循學(xué)生的身心發(fā)展特點(diǎn)。尤其義務(wù)教育初中學(xué)段的學(xué)生,獨(dú)立意識(shí)增強(qiáng),從心理認(rèn)知上更趨向?qū)π率挛锏闹鲃?dòng)探索而獲得真理的過程。這就要求實(shí)驗(yàn)步驟環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)要以學(xué)生為實(shí)驗(yàn)主體。二、遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律由簡入繁,由淺入深,學(xué)生對(duì)新概念的掌握,需要一個(gè)內(nèi)化的過程。奧蘇伯爾曾說過“影響學(xué)生學(xué)習(xí)的最重要的因素是學(xué)生已經(jīng)知道了什么,然后根據(jù)學(xué)生原有的知識(shí)狀況進(jìn)行教學(xué)”。新舊知識(shí)的相互作用會(huì)在學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中建立聯(lián)系,有原認(rèn)知的支持,新知的固化就相對(duì)穩(wěn)固。沒有原認(rèn)知的輔助,教師要充當(dāng)先行組織者,搭起學(xué)生原有知識(shí)與新知識(shí)之間的“知識(shí)之橋”。
如通過計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)操作探究在平面直角坐標(biāo)系中,隨著對(duì)稱軸位置的變化點(diǎn)與對(duì)稱點(diǎn)間的坐標(biāo)變化規(guī)律,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟如下:
第一步:探究點(diǎn)(x,y)關(guān)于x 軸(y 軸)對(duì)稱時(shí),對(duì)稱點(diǎn)的坐標(biāo)特征;
第二步:探究點(diǎn)(x,y)關(guān)于x=a 對(duì)稱時(shí),對(duì)稱點(diǎn)的坐標(biāo)特征;
第三步:探究點(diǎn)(x,y)關(guān)于y=b 對(duì)稱時(shí),對(duì)稱點(diǎn)的坐標(biāo)特征;
第四步:探究點(diǎn)(x,y)關(guān)于y=x 對(duì)稱時(shí),對(duì)稱點(diǎn)的坐標(biāo)特征。
以上四個(gè)步驟由簡入深,從平面直角坐標(biāo)中已有的線(坐標(biāo)軸)作為對(duì)稱軸再到自己畫平行于坐標(biāo)軸的線作為對(duì)稱軸,最后是兩坐標(biāo)軸構(gòu)成的角的平分線做對(duì)稱軸。知識(shí)探究深度層層遞進(jìn),符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,同時(shí)挖掘?qū)W生的最近發(fā)展區(qū)。有助于培養(yǎng)學(xué)生多角度看待問題,發(fā)展學(xué)生的數(shù)學(xué)思維。
在數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,必須貫徹實(shí)事求是的原則,正確對(duì)待實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的誤差甚至失效,鼓勵(lì)學(xué)生大膽質(zhì)疑,使學(xué)生不迷信、不盲從、不唯書、只唯實(shí),才能激發(fā)創(chuàng)新動(dòng)機(jī)。義務(wù)教育新課標(biāo)要求,教育要落實(shí)立德樹人的根本任務(wù),關(guān)鍵點(diǎn)在于要抓住學(xué)生的主體性地位,毫不動(dòng)搖,毫不松懈。在單元教學(xué)活動(dòng)中,遵循以學(xué)生為主體,學(xué)生在數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中獲得的任何實(shí)驗(yàn)結(jié)果教師應(yīng)當(dāng)給予肯定。當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)想的結(jié)果有出入時(shí),教師要引導(dǎo)學(xué)生思考出現(xiàn)出入結(jié)果的原因,并尋找解決方案,這樣既可以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度,深化學(xué)生的思維認(rèn)知,又可以培養(yǎng)和提高學(xué)生分析問題的能力。
以《認(rèn)識(shí)三角形》的單元教學(xué)為例,探究三角形的內(nèi)角和。通過角的割與補(bǔ)將三角形的三個(gè)角拼成接近平角,直觀感知三角形內(nèi)角和可能等于180°;再用量角器量出三個(gè)角,求出多個(gè)三角形三個(gè)角的內(nèi)角和;最后猜想任意一個(gè)三角形三個(gè)內(nèi)角之和為180°;最后再用嚴(yán)密的邏輯推理證明該猜想成立。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程從觀察、測(cè)量、計(jì)算,最后到論證,學(xué)生親身經(jīng)歷了不同角度認(rèn)識(shí)三角形內(nèi)角之和為180°。但在第二測(cè)量環(huán)節(jié)存在不一定為180°的現(xiàn)象,這就需要教師對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與所探究的內(nèi)容做合理的引導(dǎo),究其背后的原因,首先實(shí)驗(yàn)存在一定誤差,要尊重科學(xué),所以科學(xué)論證非常必要。
如圖,已知三角形ABC,求證:∠A+∠B+∠C=180°。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作可知,
∵∠1=∠3,∴AD∥BC。
∵∠2=∠4,∴AE∥BC。
∵在同一平面內(nèi),過直線外一點(diǎn)有且只有一條直線平行于已知直線,可知A、D、E 三點(diǎn)共線。
∴∠3+∠4+∠BAC=180°,即∠1+∠2+∠BAC=180°得證。
因此,在實(shí)驗(yàn)的最終環(huán)節(jié),教師要充分發(fā)揮學(xué)生的主體性地位,根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作,結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果,反思實(shí)驗(yàn)過程,自主得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論,讓學(xué)生充當(dāng)學(xué)習(xí)的主人,主動(dòng)探究知識(shí),認(rèn)識(shí)知識(shí)的本質(zhì)所在。
結(jié)合數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)知識(shí)進(jìn)行單元建構(gòu),學(xué)生在可見的數(shù)學(xué)知識(shí)里去觀察、分析和表達(dá),直到對(duì)知識(shí)的獲取,促進(jìn)思維能力的提升。讓數(shù)學(xué)探究活動(dòng)變得豐富多彩,拓展學(xué)生的數(shù)學(xué)探究空間,在創(chuàng)造性學(xué)習(xí)中培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和研究能力,進(jìn)而有效提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。當(dāng)然,數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用單元教學(xué)的策略遠(yuǎn)不止文中所提到的這幾種,數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的價(jià)值也不僅于此,教師只有懂得了數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的價(jià)值并充分挖掘,才能借力數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn),提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)。